Кинетические модели разрушения твердых полимеров

• Автор: Полианчик, Евгений Викторович
• Шифр специальности: 01.04.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 118 c. : ил

ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА I. МОДЕЛИ РАЗРУШЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ

1.1. Механические теории разрушения твердых

1.2. Кинетическая концепция прочности

1.3. Физико-механика. Роль структуры

1.4. Статистические теории разрушения

1.5. Кинетические модели роста макротрещин

ЗАКЛЮЧЕНИЙШДВЕ I

ГЛАВА 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБЪЕМНОЙ МЕХАНОТЕЙЮДЕСТРУКЦИИ

ПОЛИМЕРОВ
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОБЪЕМНОГО РАЗРУШЕНИЯ ХРУПКИХ ПОЛИМЕРОВ С УЧЕТОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СВЯЗЕЙ ПО НАТЯЖЕНИЯМ
ГЛАВА 4. КИНЕТИКА ТЕРМОФЛУКТУАВДОННОГО РОСТА МАКРОТРЕЩИНЫ
Приложение к главе 4. Механическая модель концевой зоны трещины
ГЛАВА 5. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАЗРУШЕНИЯ
В ТВЕРДОМ ПОЛИМЕРЕ
ГЛАВА 6. О ПОВЕДЕНИИ ЛИНЕЙНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ ЦЕПИ В ДЕФОРМИРОВАННОМ КРИСТАЛЛИТЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

В различных областях народного хозяйства полимеры все более широко используются как конструкционные материалы. Это обстоятельство обуславливает практическую важность таких задач, как количественное прогнозирование сроков службы полимерных изделий в условиях действия механических напряжений, управление долговечностью полимерных материалов и т.п. Описание поведения полимерного материала под нагрузкой представляет из себя чрезвычайно сложную физико-химическую задачу, поскольку велико число факторов, влияющих на изменение свойств полимеров - это и температура и химически активные среды и предистория материала, которая отражается на его структуре. Решение задач описания разрушения и прогнозирования свойств полимеров возможно лишь на основе количественной кинетической теории
Эмпирический подход к исследованию разрушения полимерных изделий в силу большого числа факторов, влияющих на процессы, происходящие в полимерах и многообразия самих этих процессов оказывается мало информативным, а в ряде случаев, когда речь идет, например, о прогнозировании поведения на большой срок, эмпирический подход просто неприменим. Поэтому наряду с феноменологическими исследованиями необходимо развитие физико-химических моделей процесса разрушения. Замкнутая теоретическая модель разрушения должна основываться на результатахразличных разделов химической физики: ествественно,она должна включать описание элементарных актов разрыва и рекомбинации внутри- и межмолекуляр-ных связей,должна опираться на кинетическую теорию конденсированного состояния, дающую взаимосвязь характеристик микрострук-

туры материала с его макроскопическим напряженно-деформированным состоянием, наконец, описание кинетики химических превращений, происходящих в полимере. Упомянутые разделы сами по себе далеки от завершения, поэтому в настоящее время невозможно дать последовательное теоретическое описание процесса разрушения.
Задача описания свойств полимеров может и должна решаться на различных структурных уровнях. Наиболее грубое рассмотрение - это описание материала как сплошной среды. При таком подходе может быть решен только определенный класс задач. В принципе же рассмотрение поведения полимеров под нагрузкой невозможно без привлечения представлений о их строении, включая химическое строение и особенности надмолекулярной организации (т.е. микромеханики). Описание полимеров как сплошной среды в принципе базируется именно на микромеханическом рассмотрении, так же как микромеханика основывается на описании молекулярной структуры и межмолекулярного взаимодействия, а описание молекулярной структуры, в свою очередь,исходит из квантовохимического рассмотрения системы ядер и электронов. Существенно, что на каждом из указанных структурных уровней (сплошная среда - микромеханика - молекулярная структура - квантовая химия) работают лишь некоторые комбинации параметров низлежащего структурного уровня. Вопрос о том, на каком уровне формулируется модель поведения среды -это и есть вопрос содержательности модели: переход на более глубокий уровень рассмотрения расширяет круг явлений, которые возможно описать, но при этом усложняет описание.
Большая часть моделей, рассматриваемых в настоящей работе, находится на уровне сплошной среды. Разрушение характеризуется в присущих этому структурному уровню терминах - концентрации разрывов, констант скоростей, среднего напряжения. Вопрос о том,

~ exp (- / _/иТ** ПРИ практически неизменном напряжении.
Поскольку при большом М переход ОТ условия Т£ i к
4 <7Те/* ^ I происходит за малое время, то значения *0* и ^Г*.* мало различаются между собой и можно с достаточной точностью полагать их равными между собой и времени разрушения Тр , оценивая
из условия ><Ср
р (2.10)
Применение в данном случае критерия (2.7) дает
І- ( Я Гр - Є^р + і) = 1 (2. II)
В (2.II) для Тр использовано асимптотическое выражение (2.5),
При выражение (2.II) совпадает с (2.10). Разрывное напряжение ^р=_/иТр согласно соотношению (2.10) логарифмически зависит от
Аналогично (2.10) можно показать, что критерию (2.7) в случае простой кинетики разрушения при растущей нагрузке можно придать строгий асимптотический смысл.
Если в уравнении (2.8) - заданная растущая функция времени
(т) , то заменой ^П) уравнение (2.8) приводится к ВИДУ П = +■ №'(£))
б ^(О V ' (2.12)
Далее, так же, как это делалось при выводе выражения (2.10), можем в пренебрежении разрушением найти нулевое приближение к решению -(X) = л (і)
Следующее приближение к решению
^Сі) (ТІ = ]*(?) есс-р сК] (2.13)
мало отличается от нулевого (и значит справедливо предположение об отсутствии разрушения), пока
С 0ІЇ' і <2-14>